Низкотемпературная сернокислотная коррозия

Определяющим фактором данной коррозии является наличие в продуктах сгорания паров серной кислоты.

Механизм коррозии.

Сера окисляется в зоне ядра факела

(сернистый ангидрид).

При наличии избытка воздуха сернистый ангидрит доокисляется атомарным кислородом до , который в области высоких температур разрушается. Общий процесс образования и разрушения можно представить в виде:

,

где и - постоянные скоростей прямой и обратной реакций.

В ядре факела > - на границе ядра факела имеется заметная концентрация , которая при завершении реакции горения несколько снижается. Процесс разложения завершается при температурах газов меньше 1200° - 1250⁰С.

Таким образом, чем быстрее охлаждаются продукты сгорания, тем выше остаточная концентрация . В общем виде, остаточная концентрация определяется выражением:

,

где: и - это коэффициенты, учитывающие тип топки и топливо;

- содержание избыточного кислорода;

- тепловое парообразование;

- содержание летучей серы в топливе;

- опытные коэффициенты.

При дальнейшем движении газов через конвективные поверхности, содержание при наличии и может увеличиваться за счет каталитического доокисления до .Роль катализатора играют наружние отложения, в первую очередь, сульфаты железа и сажа. В итоге содержание составляет 1 – 5% от или 0,002-0,01%

В зоне температур ниже 500°С начинается процесс образования паров серной кислоты ().

Процесс образования заканчивается при температуре 250°С.

Коррозия поверхности может начаться, если окажется меньше температуры конденсации паров влаги или паров серной кислоты, соответствующей их парциальному давлению в газах.

Температура, при которой начинается конденсация влаги на поверхности, называется термодинамической температурой росы (точка росы) .

Температура росы чистых водяных паров (без ) при их парциальном давлении в продуктах сгорания составляет . При наличии в потоке газов паров температура конденсации (сернокислотная точка росы ) значительно повышается до 140-160°С. При сжигании мазута она определяется по формуле:

, где - приведенная S, .

- концентрация избыточного кислорода в газовой среде, %.

Увеличение и ведет к увеличению и .

При рассмотрении коррозии необходимо учитывать, что часть нейтрализуется щелочными соединениями, содержащимися в золе. Общее содержание щелочных соединений:

тогда коэффициент коррозионной агрессивности топлива характеризуется величиной .

Примеры:

Топливо		К
Кизеловский	6,1	0,38
Подмосковный бурый		0,16
Донецкий марки Д		0,11
Мазут	2,7	2,62

 

Для углей:

, где А – это функция от 1/К ().

Интенсивность процесса коррозии определяется концентрацией в образовавшейся жидкой пленке и находится по диаграмме фазового состояния жидкости и пара для системы .

 

Нижняя ветвь -это зависимость температуры кипения водного раствора серной кислоты от ее концентрации при Р – const.

Верхняя ветвь – это температура начала конденсации парового раствора.

Видно, что даже незначительная конденсация паров в дымовых газах резко повышает .

При 0% было бы

При 5% , .

При этом образующаяся на стенке пленка жидкости имеет высокую концентрацию .

Коррозия металла происходит при наличии на его поверхности сконденсировавшейся пленки, содержащей . Продолжение коррозии возможно при новом поступлении в пленку из потока газов.

Таким образом, скорость коррозии пропорциональна скорости конденсации паров .

Зависимость скорости коррозии от и от для мазута .

Скорость коррозии при повышается () вследствие воздействия на металл раствора сернистой кислоты, образующейся при низких температурах при соединении на поверхности пленки .

- сернистая кислота.

Экстремальный характер зависимости объясняется следующим. Скорость коррозии пропорциональна скорости конденсации , т.к. интенсивность коррозии пропорциональна концентрации в пленке.

При t<110°С – толщина пленки растет быстро за счет , а концентрация - падает.

При t>110°С – толщина пленки растет медленнее, но концентрация меньше, чем при 110°С.

Влияние обусловлено величиной избыточного кислорода, который способен доокислять .

Для исключения низкотемпературной сернокислотной коррозии необходимо иметь:

Это экономически оправдано при сжигании малосернистых и сернистых мазутов и сернистых твердых топлив, для которых .

В других случаях , определяемая величиной будет чрезмерно велика.

 

Минимальная ТВП.

, где - коэффициенты теплоотдачи с газовой и воздушной сторон.

- температуры уходящих газов и воздуха на входе в ТВП.

0,8 и 0,95 – коэффициенты, учитывающие влияние загрязнений с газовой стороны и неравномерность температурного поля газов.

()